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Jännsch, Yannick:
Charakterisierung von mittels aerosolbasierter Kaltabscheidung hergestellten sulfidischen Festelektrolyten für Lithium-Ionen-Batterien.
Bayreuth
,
2019
(Masterarbeit,
2019, Universität Bayreuth, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Lehrstuhl Funktionsmaterialien)
Abstract
Eine spezielle Form der Lithium-Ionen-Batterie, welche zunehmend in den Fokus der Forschung rückt, ist die Festkörperbatterie. Sie zeichnet sich durch einen Elektrolyten im festen Aggregatszustand aus, was Vorteile hinsichtlich höherer Betriebssicherheit und höherer Energiedichte mit sich bringt. Daher stellt sie ein vielversprechendes Konzept in Hinblick auf mobile Anwendungen, v.a. im Automobil-Bereich, dar. Sulfidische Materialien haben sich in der jüngsten Forschung als eine geeignete Materialklasse zur Herstellung von Festelektrolyten erwiesen, da sie eine hohe Ionenleitfähigkeit mit elektronisch isolierenden Eigenschaften und einem großen Energiebereich thermodynamischer Stabilität verbinden. In dieser Arbeit wurden erstmalig Schichten eines sulfidischen Elektrolyten mittels der aerosolbasierten Kaltabscheidung hergestellt. Diese wurden hinsichtlich der Anwendung in Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien charakterisiert. Das von anderer Seite zur Verfügung gestellte Pulver wurde einer Vorbehandlung durch verschiedene Temperaturen unterzogen und der Effekt der Temperaturbehandlung anschließend via Röntgendiffraktometrie (XRD) untersucht. Die Morphologien der Partikel wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (REM) charakterisiert. Danach wurden mittels der aerosolbasierten Kaltabscheidung Schichten des Werkstoffes auf Substraten aus verschiedenen Materialien hergestellt. Die erzeugten Schichten wurden via Laser-Scanning-Mikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie auf ihre Beschaffenheit und Schichtdicke hin untersucht. Durch elektrochemische Impedanzmessungen konnte gezeigt werden, dass die ionische Leitfähigkeit der Elektrolyt-Schichten 10-5 Scm-1 übersteigt. Parallel durchgeführte Messungen an Presslingen des Materials zeigten ähnlich hohe Werte. Die Druck- und die Temperaturabhängigkeit der ionischen Leitfähigkeit wurden untersucht und verhielten sich wie in der Literatur beschrieben. Zellen mit metallischem Lithium als Anode und Gold, Kupfer oder Nickel-Kobalt-Mangan-Kathoden Gegenelektrode wurden aufgebaut und elektrochemisch charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass via aerosolbasierter Kaltabscheidung hergestellte Schichten des Materials zur Verwendung als Festkörperelektrolyt geeignet sind.